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化學 · 溶液 · 溶解

冷卻重結晶與析出量

將以較高溫度溶解的溶質製成的溶液,冷卻後可以產生晶體,因為溶解度降低。 冷卻後,部分溶質仍然溶解。

相關實驗:冷卻重結晶 →
冷卻重結晶
冷卻重結晶實驗場景 →

意義與機制

重結晶是一種透過利用溫度等因素引起的溶解度差異,使溶質重新以固體晶體形式獲得的工藝。在冷卻重結晶中,將高溫、飽和溶液冷卻。

如果溫度降低,以及可熔的材料量減少,那麼過量的溶質就會析出。 實際的晶體形成需要同時具備成核和生長時間,因此平衡狀態下的量可能不會立即出現。

關係與條件

溶解的初始質量減去最終溫度下可保持溶解的最大質量,即為平衡結晶產率。如果差值為負,則產率設定為 0;採用一致的水-質量比。

計算假設沒有溶劑損失,也沒有化學反應發生,並且假設系統已經達到足夠的平衡。 在實際純化過程中,雜質的溶解度和過濾過程中的損失同樣重要。

觀察實驗中需要注意的事物

總溶質 = 溶解的溶質 + 晶體保持不變。如果末溫度時新增的溶質少於溶解極限,則沉澱量為 0 g。

這是一個虛擬物質 A 和 B 的教學表格。這並非實際試劑資料。 假設 0~100 °C,1 atm,單位為 g/100 g 水,並在此間進行線性插值。 僅執行在初始狀態下完全溶解的溶液。 這是一個恆定的水量/平衡冷卻模型,不考慮蒸發、成核、過飽和以及生長速率和過濾損失。 螢幕上顯示的冷卻時間僅為表示,並非實際冷卻速度或恢復率的預測。

關鍵關係與符號

析出量 = max(0, m₀ − S(T 結束) × 水量/100)

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
m₀初始溶解溶質的質量g
S(T_final)最終溫度下的溶解度g/100 g 水

透過範例確認

計算在不發生蒸發或損失的情況下,析出量的公式是什麼?

僅溶解於最終溫度時的量,會保留在溶液中。超過該量的溶質,會以晶體形式出現。

常見誤解

  • 如果冷卻,最初溶解的溶質不會完全恢復成晶體形式。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 化學 2e (英文)